硝酸盐介导的厌氧微生物-海绵铁系统同步强化养猪尾水氮磷去除机制研究

为解决养猪尾水(PTW)中氮磷超标引发的富营养化问题，研究人员构建了硝酸盐介导的厌氧微生物-海绵铁(mic-Fe0)系统。通过262天柱实验发现，10%海绵铁(s-Fe0)投加量下，系统硝酸盐和总磷(TP)去除率分别达83.55%和87.53%，并证实微生物诱导的生物腐蚀加速铁溶解，促进铁磷矿物(FePs)生成。该研究为低C/N比废水处理提供了绿色新策略。

　　

随着畜禽养殖业规模化发展，养猪尾水(PTW)已成为重要的面源污染源。这种经生化处理后的废水仍含有高浓度氮(53-109 mg/L)和磷(9.57-36.7 mg/L)，直接排放会导致水体富营养化。近年来，我国将PTW的总磷(TP)排放标准从8 mg/L收紧至3 mg/L，并新增总氮(TN)40 mg/L的限值，传统处理技术面临严峻挑战。海绵铁(s-Fe⁰)虽具有成本低、比表面积大等优势，但在水环境中易发生表面钝化，制约其长期应用。

针对这一难题，中国的研究团队在《Journal of Environmental Sciences》发表研究，创新性地构建了硝酸盐介导的厌氧微生物-海绵铁(mic-Fe⁰)系统。通过262天的柱实验，比较了非生物海绵铁(s-Fe⁰)、微生物s-Fe⁰和硝酸盐介导mic-Fe⁰三种系统的性能，并优化s-Fe⁰投加量(5%-15%, V/V)。研究采用SEM-EDS、XRD等表征技术分析腐蚀产物，结合微生物群落测序揭示功能菌群作用机制。

氮磷去除性能差异
在10% s-Fe⁰投加量下，硝酸盐介导mic-Fe⁰系统表现最优，TP去除率达87.53%，出水浓度(2.55±1.06 mg/L)较非生物系统降低60%。系统稳定运行32天未出现钝化，证实硝酸盐可持续促进铁溶解。

材料表征结果
SEM显示硝酸盐介导组腐蚀最显著，XRD检测到大量蓝铁矿(vivianite)和红磷铁矿(strengite)等铁磷矿物。微生物代谢产生的酸性微环境加速Fe²⁺/Fe³⁺溶出，与PO₄^3-形成稳定沉淀。

微生物群落特征
系统富集了铁自养反硝化菌(Fe-ADB)和氢自养反硝化菌(H₂-ADB)，能利用Fe²⁺和H₂作为电子供体完成脱氮。异养反硝化菌(HDB)与自养菌协同拓展了氮循环途径。

该研究揭示了"化学氧化-生物矿化"双驱动机制：硝酸盐化学氧化促进s-Fe⁰持续腐蚀，微生物代谢产物则介导铁磷共沉淀。相比传统物理/化学钝化控制方法，这种生物强化策略更具可持续性，为低C/N比废水处理提供了新思路。研究团队Qin Liao等指出，该系统操作简单、成本低廉，适合在养殖废水处理中推广应用，对实现水环境治理"双碳"目标具有重要实践意义。